浅谈光伏及建筑一体化(BIPV)项目设计.doc

浅谈光伏及建筑一体化(BIPV)项目设计【摘要】光电玻璃幕墙是指将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。本文中笔者通过对光伏发电与建筑物集成化设计研究，归纳了项目设计中几个关键点。尽供业内人士参考。 【关键词】光伏发电与建筑物集成化；幕墙设计 光电玻璃幕墙制品可广泛用于建筑物的遮阳系统、建筑物幕墙、光伏屋顶、光伏门窗等光伏发电。也可用于边远山区居民、交通、通信、气象、军事等部门，如电视转播站、卫星地面站、微波中继站、公路及铁路信号灯、农用光伏系统、航标灯、灯塔等。国际上，1996年美国就开始实施了一项称为“光伏建筑物计划” 生产大量的透明光伏玻璃幕墙制品，用于建筑物的屋面、墙面及光伏智能门窗。专家们预言，这种采用光―电建筑一体化组件的光电玻璃幕墙将成为二十一世纪的并网太阳能发电系统最为走俏的工程。在国际上，太阳能电池在建筑物上使用与制造光电玻璃幕墙相结合的发展尤为迅速，其市场发展前景十分看好。虽然这种新型生态建材――光电玻璃幕墙在我国的研制、生产及应用起步较晚，但美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的”朝日计划”以及我国开展的“光明工程”将掀起中国的节能保生态建材的开发应用热潮，大大促进了光伏建材产品的发展及推广应用。 1 BIPV的内涵 BIPV 系统即“光伏发电与建筑物集成化”(Building integrated photovoltaic)，BIPV提出了“建筑物产生能源”的新概念，即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。光伏建筑一体化技术丰富多彩，归纳起来，分两大技术路线： 1.1 一种是BAPV（Building AttachedPhotovoltaic），又称“后装式光伏建筑一体化”。它的特点，是在建筑屋面、墙面、玻璃窗等原有构件外，加装光伏发电系统。 1.2 另一种是BIPV（Building Integrated Photovoltaic），又称“预装式光伏建筑一体化”。它的最大特点，是将太阳能电池与瓦、砖、卷材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件，如“光伏瓦”、“光伏砖”、光伏幕墙、光电屋面、光电雨蓬、光电遮阳板、光电栏杆版等。 2 光伏发电与建筑物集成化设计 2.1 建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置组成一个发电系统。 2.2 建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。 2.3 建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成一体，用光伏组件代替屋顶、窗户和外墙，形成光伏与建筑材料集成产品，既可以当建材，又能利用绿色太阳能资源发电，可谓两全其美，而且可以降低BIPV 系统造价。对于框架结构的建筑物，可把其整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射光，也可吸收太阳反射光。目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块，可以实现以上目的，还可使建筑外观更具魅力。用光伏器件代替部分建材，在将来随着应用面的扩大，光伏组件的生产规模也随之增大，则可从规模效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用。 3 BIPV项目设计中存在的几个问题 3.1 光伏组件的力学性能 当光伏组件与建筑集成使用时，光伏组件成为一种建筑材料，作为建筑幕墙或采光屋顶使用，因此需满足建筑的安全性与可靠性需要。光伏组件的玻璃需要增厚，具有一定的抗风压能力。同时光伏组件也需要有一定的韧性，在风荷载作用时能有一定的变形，这种变形不会影响到光伏组件的正常工作。 作为普通光伏组件，只要通过国家相关部门检测，满足抗130km／h(2.400Pa)风压和抗25mm直径冰雹23m/s的中击的要求。但用做建筑物幕墙面板和采光顶面板的光伏组件，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求（幕墙的风压变形性能，雨水渗漏性能，空气渗透性能）和建筑物安全性能要求，这都要求满足国家有关规范，因此需要有更高的力学性能和采用不同的结构方式。例如尺寸为1200mm*530mm的普通光伏组件一般采用3.2mm厚的钢化超白玻璃加铝合金边框就能达到使用要求。但同样尺寸的组件用在BIPV建筑中，在不同的地点，不同的楼层高度，以及不同的安装方式，对它的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的。 3.2 建筑的美学要求 BIPV建筑首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，就相当于音乐家的音乐，画家的一幅名画，而对于建筑物来说光线就是他的灵魂，因此建筑物对